## PENGARUH VARIASI CAMPURAN OKSI-ASETILEN PADA PROSES FLAME HEATING TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIK ALUMINIUM SERI 7075
Purnadityanto 1 ,Teguh Triyono 1 , Nurul Muhayat 1 1 Teknik Mesin – Universitas Sebelas Maret e-mail addresses : purnadityanto@gmail.com

## Keywords :
Flame heating, Heat treatment aluminum, Aluminum 7075, Impact, Quenching, Aging.

## Abstract :
The  optimum  properties  of  aluminum  can  be  achieved  by  the addition of alloy and heat treatment. An experimental study was conducted to investigate  the  effect  of  the  oxy-acetylene  mixture  on  the  flame  heating process  on  the  physical  and  mechanical  properties  of  aluminum  7075. Aluminum was heated to 480° C using an oxy-acetylene flame and then cooled rapidly. Then the results were compared with the specimen with flame heating +  aging  treatment.  Variations  of  oxygen  and  acetylene  mixtures  were  0.75, 0.875 and 1 liter/min. The distance of the torch to the specimen's surface is 3 cm and the water flow rate is 1400 cc/min. The aging process is carried out with a temperature of 120°C for 3 hours + 165 for 1 hour. The results showed that  the  highest  hardness  value  in  flame  heating  treatment  was  143,10  HVN with acetylene variation 0,875 liter/minute. The result of the impact test does not change much from the initial material toughness value, due to the average flame heating time that is not too long.

## PENDAHULUAN
Aluminium  dan  aluminium  paduan  menempati urutan  setelah  besi  dan  baja  di  pasar  logam  selama lebih  dari  70  tahun  [1].  Kebutuhan  akan  aluminium dan  aluminium  paduan  meningkat  seiring  dengan perkembangan  teknologi  khususnya  pada  industri otomotif.  Aluminium  dan  aluminium  paduan  pada industri  otomotif  digunakan  pada  beberapa  bagian dan  aplikasi  antara  lain  blok  mesin,  kepala  silinder, rumah  transmisi,  roda  gigi,  sistem  bahan  bakar, poros,  velg,  lengan  suspensi,  sistem  kemudi  dan struktur bodi. Dengan bobot ringan dari Aluminium, penghematan berat bagian hingga 50% dapat dicapai. Inovasi  terus  dilakukan  untuk  meningkatkan  sifat- sifat aluminium.
Sifat  optimum  dari  aluminium  dapat  dicapai dengan  penambahan  paduan  dan  heat  treatment. Proses  ini  mendorong  terbentuknya  small  hard precipitates  yang  mengganggu  gerak  dislokasi sehingga meningkatkan sifat mekanik aluminium [1]. Contohnya,  aluminium  paduan  seri  7xxx  dengan unsur  paduan  utama  Zn  (seng)  1-8%  dan  ketika ditambah  dengan  persentasi  Mg  (magnesium)  yang lebih  kecil  menghasilkan  paduan  heat  treatable dengan kekuatan sedang sampai tinggi [2].
Penguatan  aluminium  paduan  kadang  tidak dilakukan  pada  seluruh  bagian  komponen  mesin. Akan  tetapi,  penguatan  parsial  mungkin  lebih diinginkan  untuk  mempertahankan  ketangguhan material.  Perlakuan  panas  lokal  tersebut  diharapkan dapat  mengurangi  distorsi  pendinginan,  konsumsi energi  dan  biaya  produksi,  serta  meningkatkan ketahanan aus dan sifat kelelahan [3].
Pemanasan  induksi,  laser  atau  api  umumnya digunakan untuk pemanasan lokal. Ketahanan aus
dari  produk  paduan  AlSi  meningkat  dengan  surface melting  treatment  menggunakan  laser  CO2.  Untuk metode  pemanasan  induksi,  keuletan  paduan  sheet 1070  aluminium  ditingkatkan  sebagai  akibat  dari perlakuan panas lokal dengan menggunakan pemanas induksi. Paduan aluminium 6061 kekerasannya meningkat setelah perlakuan pemanasan  induksi  [3].  Kekuatan  tarik  paduan  Al- Zn-Mg  meningkat  setelah  flame  rectification  [4]. Penelitian tentang perlakuan panas paduan aluminium menggunakan flame heat treatment masih terbatas.  Dibandingkan  dengan  pemanasan  laser  dan induksi, flame heat treatment lebih mudah pengoperasiannya dan lebih kecil biayanya.
Selama  proses flame  heating ada  parameter yang  harus  dikontrol,  antara  lain:  temperatur  api, waktu flame  heating ,  jarak  antara  torch  dengan permukaan, output energi yang dipasok kepermukaan, tipe material, temperatur material, tipe gas,  kondisi  ruangan  dan  tingkat  perlakuan  yang diinginkan.
Penelitian  tentang  campuran  udara  atau  gas masih  sangat  sedikit  dilakukan.  Sehingga  penelitian ini  akan  membahas  tentang  pengaruh  variasi campuran  oksi-asetilen  pada  pengerasan  lokal terhadap  sifat  fisis  dan  mekanik  Al  seri  7075 menggunakan  metode flame  heating serta  fenomena yang terjadi ketika proses berlangsung.

## METODOLOGI PENELITIAN
Bahan
Bahan  yang  digunakan  pada  penelitian  ini adalah  aluminium  paduan  (AA  7075).  Aluminium seri 7075 memiliki komposisi paduan logam yang
Tabel 1. Komposisi raw material aluminium paduan seri 7075 Fe Cu Mn Mg Zn Ti Cr Al 0,13 1,4- 1,5 0,02 2,4 5,7- 5,8 0,07 0,19 rem
dapat  dilihat  pada  tabel  1.  Sebelumnya,  aluminium tersebut dilakukan proses pemotongan dan pemesinan  untuk  dibentuk  spesimen  pengujian impact  dengan  standar  ASTM  E23  dan  untuk  uji kekerasan mikro.

## Proses Penelitian
Proses  awal flame  heating dilakukan  dengan meletakkan spesimen aluminium 7075 pada backing plate  dengan  jarak  3  cm  dari  permukaan  spesimen hingga  ujung  torch,  seperti  yang  terlihat  pada Gambar 1. Kemudian buka katup tabung oksigen dan katup  tabung  asetilen,  serta  mengatur  tekanan  kerja pada  regulator  oksigen  dan  asetilen  masing-masing sebesar  4kg/cm2  dan  0,4kg/cm2.  Selanjutnya  buka katup  oksigen  dan  katup  asetilen  pada  torch.  Proses flame  heating menggunakan  variasi  campuran  oksi- asetilen yaitu 0,7:0,75; 0,7:0,875; 0,7:1 (Liter/menit) dengan membuka katup pada rotameter.
Selanjutnya  perlakuan flame  heating diawali dengan  memantikkan  api  pada  ujung  torch  yang telah  mengeluarkan  campuran  gas  oksi-asetilen. Selama  perlakuan flame  heating permukaan  benda diukur temperaturnya hingga suhu 480°C dan dicatat lama  waktu  pemanasannya.  Setelah  temperatur mencapai  suhu  480°C,  api  kemudian  dimatikan  dan spesimen  didinginkan  dengan  cepat  ( quenching ) menggunakan air dengan debit 1400 cc/menit dengan waktu pendinginan selama 10 detik.

## Pengujian
Pada  penelitian  ini  dilakukan  tiga  pengujian yaitu  struktur  impak,  kekerasan,  dan  struktur  mikro. pengujian impact menggunakan standar ASTM E23, dengan  metode charpy  impact  test .  Standar  ukuran dimensi  spesimen  uji impact  charpy sesuai  ASTM E23 ditunjukkan pada Gambar 2.
Pengujian  kekerasan  yang dilakukan  adalah  uji mikro vickers .  Beban  yang  digunakan  sebesar  100 kgf dengan waktu penekanan selama 15 detik.
Gambar 1. Skema peralatan flame heating. Keterangan: a. Torch las gas oksi-asetilen b. Saluran air c. Spesimen
d . Backing Plate e. Pemegang torch f. Rotamerter udara
. Gambar 2. Dimensi spesimen uji impact charpy
(ASTM E23)
Pengukuran  kekerasan  diukur  pada  jarak  yang berbeda.  Masing-masing  posisi  berada  pada  tengah spesimen  dan  arah  pengukuran  dilakukan  dari  atas spesimen  ke  bawah.  Jarak  yang  diambil  permukaan yang  merupakan  titik  tepat  pada  area flame  heating , 0,1  mm,  0,35  mm,  0,60  mm  dan  0,85  mm  seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.
Pengujian  mikro  struktur  dilakukan  dengan melakukan pengamplasan pada bagian permukaan.
Gambar 3. Skema titik pengujian kekerasan mikro
Gambar 4. Ilustrasi nyala api karburasi variasi campuran oksi-asetilin.
vertikal  mulai  dari  pengamplasan  kasar  300,  600, 1000,  1200,  1500,  dan  2000.  Setelah  permukaan merata dan halus kemudian dietsa dengan cairan etsa Modified    Poulton  Reagent  (30  mL  HCl,  40  ml HNO3, 2.5 ml HF, 42.5 ml H2O, dan 12g CrO3) dan kemudian  diamati  struktur  mikro  pada  daerah  dekat permukaan  yang  terkena  api  dan  di  ambil  foto mikronya.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh variasi campuran oksi-asetilin terhadap proses flame heating.
Proses flame heating aluminium  hingga  suhu 480°C  dengan  jarak  antara  ujung  burner  dan permukaan  spesimen  3  cm.  Variasi  campuran  oksi- asetilin mempengaruhi jenis nyala api karburasi yang terjadi pada ujung burner. Dapat dilihat pada Gambar 4.  pada  variasi  0,7:0,75  Liter/menit,  permukaan benda  hanya  terkena  api  selimut  luar,  yang  mana temperatur  dari  api  selimut  luar  tidak  stabil.  Pada variasi  0,7:0,875  Liter/menit,  permukaan  benda terkena  ujung  api  selimut  antara.  Pada  variasi  0,7:1 Liter/menit,  permukaan  benda  juga  terkena  api selimut  antara  namun  karena  pembakaran  yang terjadi  tidak  sempurna,  api  karburasi  pada  variasi 0,7:1  Liter/menit  menghasilkan  jelaga dan menutupi permukaan  benda  saat  proses flame  heating berlangsung.
Dengan  mencatat  lama  waktu  proses flame heating hingga  suhu  480°C  didapatkan  lama  waktu rata-rata pada variasi asetilin 0,75 Liter/menit adalah 4  menit  48  detik,  variasi  asetilin  0,875  Liter/menit adalah  4  menit  2  detik  dan  variasi  asetilin  1 Liter/menit adalah 5 menit 4 detik. Terjadi perbedaan
lama  waktu  pemanasan  yang  disebabkan  oleh perbedaan  nyala  api  karburasi  yang  dihasilkan karena variasi campuran oksi-asetilin.
Perlakuan flame heating menyebabkan permukaan  aluminium  terjadi  korosi  yang  disebut exfoliation  corrosion .  Gambar  5.  memperlihatkan permukaan  aluminium  setelah  perlakuan flame heating. Variasi  campuran  oksi-asetilin  0,7:0,75 menghasilkan  permukaan  aluminium  yang  kasar. Variasi campuran oksi-asetilin 0,7:0,875 menghasilkan  permukaan  aluminium  yang  tidak terlalu  kasar,  namun  karena  permukaan  terkena ujung api antara sehingga ada sedikit cekungan yang terjadi  karena  panas  yang  terfokus  pada  permukaan spesimen. Sedangkan pada variasi campuran oksi-
(a) (b) (c)
Gambar 5. Permukaan spesimen setelah flame heating (a) variasi asetilin 0,75 Liter/menit, (b) variasi asetilin 0,875 Liter/menit, (c) variasi asetilin
0,1 Liter/menit.
asetilin  0,7:1  terlihat  jelaga  pada  permukaan aluminium.
Pengaruh
Variasi Oksi-asetilin terhadap kekuatan impak.
Pengujian  impak  dilakukan  untuk  mengetahui kemampuan  suatu  material  untuk  menyerap  energi. Hasil  pengujian  impak charpy yang  telah  dilakukan diperoleh  nilai  energi  serap  dan  nilai  ketangguhan impak.
Gambar  6.  menunjukkan  bahwa  ketangguhan impak  aluminium  naik  seiring  naiknya  debit  asetilin
dari  material  awal.  Kenaikannya  tidak  begitu  besar disebabkan  karena  perbedaan  lama  waktu  rata-rata proses flame  heating yang  singkat.  Nilai  rata-rata tertinggi  ketangguhan  impak  sebesar  0,5110  J/mm 2 ditunjukkan  pada  spesimen  dengan  debit  asetilen 0,875  Liter/menit.  Spesimen  tersebut  mendapatkan nilai  ketangguhan  yang  lebih  tinggi  daripada spesimen dengan debit asetilen 1 Liter/menit sebesar 0,5065  J/mm 2 dan  0,75  Liter/menit  sebesar  0,4600 J/mm 2 .  Hal  ini  disebabkan  oleh  peningkatan  butiran kasar  yang  mengarah  pada  peningkatan  area  batas butir  yang  meningkatkan  jumlah  energi  yang dibutuhkan untuk pergerakan dislokasi yang diperlukan untuk menyebabkan patahan [1].
Gambar 6. menunjukkan grafik hubungan antara variasi oksi-asetilin terhadap ketangguhan impak.
Gambar 7. Grafik nilai kekerasan spesimen aluminium dengan perlakuan flame heating .
Pada  spesimen  dengan flame  heating  +  aging , nilai  ketangguhan  mengalami  penurunan  dari spesimen flame  heating .  Nilai  rata-rata  tertinggi ketangguhan impak sebesar 0,4835 J/mm 2 ditunjukkan  pada  spesimen  dengan  debit  asetilen  1 Liter/menit.  Spesimen  tersebut  mendapatkan  nilai ketangguhan  yang  lebih  tinggi  daripada  spesimen dengan debit asetilen 0,75 Liter/menit sebesar 0,4505 J/mm 2 dan 0,875 Liter/menit sebesar 0,4410 J/mm 2 .
Pengaruh
Variasi Oksi-asetilin terhadap kekerasan permukaan.
Kekerasan  merupakan  ketahanan  suatu  benda terhadap  penetrasi  atau  gaya  tembus  dari  bahan  lain yang lebih keras. Metode pengujian keras menggunakan Hardness  Microvickers. Pengujian kekerasan  ini  dilakukan  pada  tiap  spesimen  hasil flame heating dengan variasi campuran oksi-asetilen dengan  atau  tanpa  perlakuan aging .  Nilai  rata-rata kekerasan  pada  material  awal adalah  161.2  VHN. Gambar  7.  dan  Gambar  8.  menunjukkan  grafik  nilai kekerasan pada setiap variasi debit asetilen.
Pada  Gambar  7.  secara  umum  terlihat  bahwa nilai  kekerasan  permukaan  aluminium  dengan perlakuan flame  heating mengalami  penurunan  dari nilai  kekerasan  material  awal.  Hal  ini  sesuai  dengan teori, jika aluminium mendapatkan perlakuan panas
Gambar 9. Foto Struktur Mikro Material awal Al-Zn-
Mg.
Gambar 8. Grafik nilai kekerasan spesimen aluminium dengan perlakuan flame heating + aging .
hingga  menjadi  larutan  padat  dan  kemudian didinginkan  dengan  cepat  maka  karakteristik aluminium  akan  melunak,  karena  tidak  ada  difusi yang  terjadi  pada  tahap  ini.  Dengan  demikian,  fasa yang  terbentuk  dinamakan  Larutan  Padat  Lewat Jenuh atau Super Saturated Solid Solution . Pada fasa ini  unsur  Mg  terperangkap  pada  matriks  α  dan bersifat  sangat  lemah.  Nilai  kekerasan  pada  jarak 0,1mm dengan variasi debit asetilen 0,75 Liter/menit

## 100 µm
turun menjadi 151,62 HVN, pada variasi debit 0,875 dan 1 Liter/menit nilai kekerasannya menjadi 125,06 HVN dan  136,98 HVN.
Pada  Gambar  8.  Nilai  kekerasan  aluminium dengan perlakuan flame heating + aging naik diatas nilai kekerasan material awal pada spesimen dengan variasi  asetilen  0,75  dan  1  (Liter/menit).  Hal  ini sesuai  dengan  teori  bahwa  dengan  perlakuan  aging, kekerasan  aluminium  dapat  meningkat  dikarenakan adanya  pengendapan  presipitat  dan  ukuran  butir menjadi  lebih  kecil  yang  dapat  dilihat  pada  Gambar 4.7.  foto  strukur  mikro  d  dan  f.  Kekerasan permukaan  pada  spesimen  dengan  variasi  asetilen 0,875  Liter/menit  lebih  rendah  dari  nilai  kekerasan material  awal namun  seiring  kedalaman  pengujian nilai kekerasannya naik.
Peningkatan  nilai  kekerasan  spesimen  yang ditambah perlakuan aging , disebabkan karena selama selama aging , ukuran dan jarak dari matriks endapan meningkat,  dengan  endapan  awal  biasanya  menjadi koheren,  dan  kemudian  menjadi  semi-koheren,  dan akhirnya tidak koheren. Perubahan ini menghasilkan peningkatan  kekuatan  yang  terkait  dengan  fraksi yang  meningkat  dari  presipitat finescale mencapai beberapa distribusi optimal pada kekerasan maksimum [5].

## Hasil Pengamatan Struktur Mikro
Pengamatan struktur mikro dilakukan untuk mengetahui  perubahan  struktur  mikro  yang  terjadi akibat  adanya  proses flame  heating. Pengamatan struktur  mikro  pada  material  awal  diambil  secara acak  pada  permukaan  spesimen  yang  telah  dietsa menggunakan  mikroskop  optik.  Foto  struktur  mikro material  awal  ditunjukkan  pada  Gambar  9,  yang menunjukkan fasa α yang merupakan larutan padat α dalam paduan aluminium,
dengan ukuran butir besar dan  persebaran butir tidak  merata.  Ukuran  dan  persebaran  butir  pada material  awal  terlihat  mengalami  perubahan  pada spesimen  dengan  perlakuan flame  heating  + quenching dan flame  heating  +  quenching  +  aging , yang  ditunjukkan  pada  Gambar  10    Ukuran  dan persebaran  butir  pada  spesimen  dengan  perlakuan flame  heating  +  quenching ditunjukkan  dengan notasi  a,  b  dan  c.  Terlihat  ukuran  butir  pada spesimen  dengan  perlakuan flame  heating  + quenching lebih  besar  dari  ukuran  butir  material awal.  Spesimen  dengan  perlakuan flame  heating  + quenching  +  aging ditunjukkan  dengan  notasi  d,e dan f, dengan ukuran butir yang lebih kecil.
(a) (b)
(c)
(d) 100 µm 100 µm 100 µm 100 µm
(e)
(F)
Gambar 4.7. (a) (b) (c) Foto struktur mikro aluminium dengan perlakuan flame heating + quenching dan (d) (e) (f) dengan perlakuan flame heating + quenching + aging dengan variasi debit asetilen 0,75; 0,875 dan 1 Liter/menit.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  pengujian  dan  pembahasan  yang telah  dilakukan,  maka  dapat  ditarik  kesimpulan sebagai berikut :
1. Nilai  ketangguhan  impak  pada  setiap  variasi campuran oksi-asetilen memiliki nilai ketangguhan yang berbeda. Setelah dilakukan uji  impak  pada  spesimen  aluminium  yang telah  diproses flame  heating dengan  debit asetilen  0,875  Liter/menit,  nilai  ketangguhan impaknya  0,5110  J/mm 2 .  Kemudian  untuk debit asetilen 1 Liter/menit nilai ketangguhan
impaknya  0,5065  J/mm 2 dan  pada  debit asetilen  0,75  Liter/menit  memiliki  nilai ketangguhan  impak  paling  rendah  senilai 0,4600  J/mm 2 .  Perbedaan  nilai  ketangguhan impak  antara  variasi  campuran  oksi-asetilen tidak  terlalu  besar,  dikarenakan  perbedaan lama  waktu  proses flame  heating untuk mencapai temperatur 480°C relatif sama.
2. Nilai  kekerasan vickers pada  permukaan spesimen  dengan  perlakuan flame  heating  + quenching mengalami  penurunan  dibawah nilai  kekerasan  material  awal.  Spesimen aluminium  yang  telah  diproses flame  heating dengan  debit  asetilen  0,75  Liter/menit,  nilai kekerasannya  151,62  HVN.  Kemudian  untuk debit asetilen 1 Liter/menit nilai kekerasannya 136,98  HVN  dan  pada  debit  asetilen  0,75 Liter/menit  memiliki  nilai  kekerasannya paling rendah senilai 125,06 HVN.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] A.  D.  Isadare,  B.  Aremo,  M. O.  Adeoye,  O. J. Olawale, and M. D. Shittu, “Effect of heat treatment  on  some  mechanical  properties  of 7075 aluminium alloy,” Mater. Res. , vol. 16, no. 1, pp. 190–194, 2013.
[2] ASM  Handbook , "Volume  2,  Properties  and selection  nonferrous  alloys  and  special- purpose  materials," ASM  International , 1990.
[3] F.  Shang,  E.  Sekiya,  and  Y.  Nakayama, “Local  reinforcement  of  6061  aluminum alloy  bar  using  high-frequency  induction heating apparatus,” J. Japan Inst. Light Met. , vol. 62, no. 10, pp. 377–382, 2012.
[4] H.  Lu,  L.  Shi,  H.  Dong,  S.  Li,  D.  Guo,  and C.  Tao,  “Influence  of  flame  rectification  on mechanical properties
of [Formula presented]  alloy,” J.  Alloys  Compd. ,  vol. 689, pp. 278–286, 2016.
[5] P.  A.  Rometsch,  Y.  Zhang,  and  S.  Knight, “Heat  treatment  of  7xxx  series  aluminium alloys  -  Some  recent  developments,” Trans. Nonferrous  Met.  Soc.  China  (English  Ed. , vol. 24, no. 7, pp. 2003–2017, 2014.
100 µm 100 µm